Hållfasthet och styvhet vid brand

Därför måste träets hållfasthet och styvhet reduceras vid brandteknisk dimensionering. För oskyddade tvärsnitt är det värmepåverkade skiktet 35 till 40 mm.

Enligt SS-EN 1995-1-2 är dimensioneringshållfastheten hos träelement som

\(f_{d,fi}=k_{mod,fi}k_{fi}\frac{f_k}{\gamma_{M,fi}}\)

där

f_d,fi är hållfastheten vid brand, t ex böjhållfastheten

f_k är den karakteristiska hållfastheten, t ex enligt SS-EN 338

k_mod,fi är omräkningsfaktor vid brand

γ_M,fi är partialkoefficient för trä vid brand. I Sverige γ_M,fi = 1.

Värdet på k_fi ges i Tabell 1.

Tabell 1. Modifieringsfaktorn kfi vid brand.

Dimensioneringsvärdet för en styvhetsegenskap, alltså elasticitetsmodul och skjuvmodul ger också som

\(S_{d,fi}= k_{mod,fi}k_{fi}\frac{S_{05}}{\gamma_{M,fi}}\)

där

S_d,fi är hållfastheten vid brand, t ex böjhållfastheten

S₀₅ är den karakteristiska styvheten, till exempel enligt SS-EN 338

k_mod,fi är omräkningsfaktor vid brand

γ_M,fi är partialkoefficient för trä vid brand. I Sverige γ_M,fi = 1.  

Värdet på kfi ges i Tabell 1.

SS-EN 1995-1-2 anger två modeller för att beakta hållfasthets- och styvhetsreduktion hos:

• element som exponeras på tre eller fyra sidor
• effektivt (reducerat) tvärsnitt, som är den rekommenderade modellen
• reducerade egenskaper.

Omräkningsfaktorn k_mod,fi är 1,0 i metoden för effektivt tvärsnitt för konstruktionsvirke och limträ. För metoden för reducerade egenskaper är k_mod,fi mindre än 1,0.

Effektivt tvärsnitt

Enligt beräkningsmodellen för effektivt tvärsnitt beaktas parametrarna för hållfasthets- och styvhetsreduktion genom att träets normala temperaturegenskaper multipliceras med k_fi. Ett skikt med djupet d₀ som inte antas ha någon hållfasthet subtraheras från resttvärsnittet (eller med andra ord förkolningsdjupet ökas med d₀). Trots att så mycket som 35 till 40 mm under kolskiktet påverkas av höga temperaturer vid oskyddade tvärsnitt är djupet för detta skikt d₀ endast 7 mm för normala tvärsnitt som brandexponeras på tre eller fyra sidor enligt SS-EN 1995-1-2. Vanligtvis är d₀ en funktion av tvärsnittets form. För specifika tvärsnitt och partiellt skydd kan d0 vara betydligt större.

För beräkning av hållfastheten hos ett brandexponerat element reduceras det ursprungliga tvärsnittet med det ekvivalenta förkolningsdjupet d_char,n och skiktet d₀. Det effektiva förkolningsdjupet ges som:

\(d_{ef}= d_{char,n}+ k_0 d_0\)

där k₀ tar hänsyn till att det icke lastupptagande skiktet inte är fullt utvecklat under de första tjugo minuterna för initialt oskyddat trä, eller till start av förkolning av skyddat trä. SS-EN 1995-1-2 antar en lineär ökning från 0 till 1 under denna tid.

Därmed kan en betydande hållfasthetsreduktion ske i tvärsnittet redan vid förkolningens början hos små skyddade tvärsnitt trots att tvärsnittet fortfarande inte visar tecken på förkolning.

1. Ursprungliga tvärsnitt
2. Verklig kvarvarande tvärsnitt
3. Ekvivalent kvarvarande tvärsnitt
4. Effektivt tvärsnitt

Bild 1. Effektivt tvärsnitt.